广东石化雨水收集池基坑支护降排水方案设计.docx

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广东石化雨水收集池基坑支护降排水方案设计

雨水收集池基坑支护降水方案设计

1.工程概况

1.1工程主体概况

1.2基坑概况

2.场地地质情况及周边环境

2.1场地地质情况

雨水收集池地勘资料揭示，场地25.00m深度范围内的地层主要为：

新近回填素填土（Q4ml），第四系全新统三角洲相（Q4eol+m）堆积的粉质粘土、粉细砂，第四系全新统海陆交互相（Q4mc）沉积的粉质粘土、中细砂、中粗砂，第四系上更新统海陆交互相（Q3mc）沉积的粉质粘土、粉细砂，第四系上更新统冲洪积（Q3al+pl）沉积的粉细砂、粗砾砂，第四系上更新统残积形成的砾质粘性土（Q3el）及燕山晚期（γ52-3）花岗岩。

上覆土层与下伏基岩间呈角度不整合接触关系。

详见下表。

层号

时代

成因

岩土

名称

层厚（m）

层底埋深（m）

层底高程

（m）

岩性特征

分布范围

①

Q4ml

素填土

0.80～2.90

6.96～5.04

灰白～褐黄色，为新近填土，土质不均，局部含碎石，主要成份为中粗砂、粉细砂，松散，稍湿，混少量粘性土。

场地北部分布

②1-1

Q4eol+m

粉细砂

1.70

3.20

4.57

灰白～灰黄色，主要矿物成分为石英、长石，分选好，松散，湿，局部见植物根系。

S13#附近分布

②1

粉细砂

1.20～5.20

3.00～6.00

4.42～1.61

灰黄～褐黄色，局部为灰褐色，主要矿物成分为石英、长石，局部表层见植物根系，分选好，稍密，局部中密，湿～饱和。

全场分布

②2-1

泥炭质土

0.60～3.10

5.40～6.90

2.33～1.06

灰黑色，有腥臭味，见未完全分解的植物结构，结构疏松。

场地北部分布

②2

粉细砂

0.60～3.20

5.40～8.00

2.15～-0.02

青灰~灰黑色，主要矿物成分为石英、长石，松散，饱和，含腐植质，局部为淤泥质粉质粘土或泥炭质土。

场地北部分布

②3

粉细砂

0.60～1.90

6.50～9.80

1.15～-1.60

灰黄～灰白色，主要矿物成分为石英、长石，分选好，稍密～中密，饱和

场地北部分布

②4-1

粉细砂

0.40～1.90

6.40～10.20

0.88～-2.44

青灰～灰黑色，主要矿物成份为石英、长石，松散～稍密，饱和，局部夹软塑状粉质粘土薄层，含腐植质。

场地南侧分布

②4-2

粉质

粘土

0.40～1.00

10.00～12.80

-2.31～-5.65

灰褐～灰黄色，土质不均，可塑～软塑，夹粉砂团块，稍有光泽，干强度及韧性中等。

局部分布

②4

粉细砂

3.50～13.40

10.50～16.40

-2.85～-9.18

灰黄～青灰～灰绿色，主要矿物成分为石英、长石，分选较好，颗粒不均，局部为粗砂、中砂或含粘粒较高，局部见贝壳碎片。

中密～密实，饱和。

局部夹②4-1层粉细砂和②4-2层粉质粘土。

全场分布

③1

Q4mc

粉质

粘土

1.10～1.10

12.90～13.00

-5.14～-5.27

灰黄~褐色，土质不均，稍有光泽，干强度及韧性中等，可塑～软塑，夹粉砂团块，局部为粉土、粉砂。

S17#、S19#附近分布

2.2周边环境

2.3水文条件

广东省揭阳市惠来县属亚热带季风气候，但季风不明显，9月至次年4月为东北偏东风，5月至8月为西南偏南风。

日照充足，雨量充沛，年平均降水量：

1829mm。

最热月份为7月，最冷月为1月，夏长冬短，气候多变，常有台风和冷空气侵袭。

5月至8月为多雨期，占全年降雨量的88%，常在春夏之交发生洪涝。

年平均最高气温：

21.8℃；气温最高月为7月：

平均气温：

28℃，年极端最高气温：

38.4℃；气温最低月为1月：

平均气温：

14.1℃，年极端最低气温：

2.1℃。

地勘资料揭示地下水静止水位埋深一般为0.70～4.60m，地下水位标高为1.47～6.87m，场区地下水稳定水位总体上北高南低，西高东低。

地下水主要为赋存于第四系土层中的孔隙潜水和下伏基岩中的基岩裂隙水，地下水主要由地下水的侧向径流、大气降水及场地东侧龙江河水补给，排泄方式为侧向径流入海及地表蒸发，地下水位年变化幅度1.50～2.00m。

3.编制依据

（1）《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）

（2）《建筑与市政降水工程技术规范》（JGJ/T111-98）

（3）《建筑施工计算手册》江正荣编著

（4）《基坑降水手册》姚天强编著

4.设计参数

（1）地面超载取10KPa。

（2）基坑开挖深度6.2米。

（3）本工程基坑围护设计时侧压力采用水土分算。

（4）本工程采用相对标高，±0.000相当于绝对标高6.20m。

（5）本工程基坑按三级基坑工程设计。

5.基坑围护及降水方案

5.1基坑围护方案设计

5.1.1基坑围护方案设计原则

（1）满足边坡和支护结构稳定的要求不产生倾覆，滑移和局部失稳；

（2）在基坑开挖和施工过程中，确保周围已施工完成的建（构）筑物不产生较大位移和破坏。

（3）方便施工、技术先进，工程造价经济合理；满足国家有关法规和标准的要求。

（4）工程以地质勘察报告、设计技术标准为依据，根据主体结构特征、工程场地周边环境条件，采用合理的支护体系。

（5）通过降排水，确保后续施工在地下水位以上施工。

5.1.2方案设计考虑的重点

基坑开挖范围内主要涉及到Q4ml素填土、②1粉细砂、②1-1泥碳质土、②4-1粉细砂，②1-1泥碳质土该层工程地质条件较差，淤泥质土属于软土，属于高灵敏度、高压缩性，易触变软土，同时地下水位较高，静止水位0.70～4.60m，地下水位标高为1.47～6.87m。

由于本工程基坑西侧为已施工完成的厂区道路、排水沟及地下管道，如果由于基坑围护体系的变形，引起基坑滑坡，势必对已施工的建（构）筑物产生影响，最终导致道路塌陷、地下管道断裂的工程事故,因此,所采用的围护体系应有较大的稳定性,基坑不得出现较大的位移，另外工期要求紧。

考虑了本基坑以上特点、周围环境和土层特性，决定了在本工程选择支护方案时的特殊性。

特殊性即要求所采取的围护方案即能确保安全、方便施工，又要求本着合理节约成本的原则。

5.1.3支护体系的确定

针对本工程基坑的特点，结合我公司在以往类似工程的施工经验，本工程基坑支护结构采用12米长 SP-Ⅳ型拉森钢板桩加二道内支撑进行基坑支护，钢板桩之间采用HM350×350型钢围檩进行连接，直径DN300×10的钢管进行内支撑。

第一道支撑距地面1000㎜，第二道支撑距池底混凝土底板顶标高2000㎜设置。

SP-Ⅳ型拉森钢板桩（U型）作为支护结构的一种类型,它具有高强、轻质、隔水性好、使用寿命长、安全性高、对空间要求低、环保效果显著等优点，还具有救灾抢险的功能，再加上施工简单、工期短、可重复使用、建设费用低，其构造和特点决定了钢板桩的用途相当广泛。

在永久性构筑物方面，它可用于码头、挡土墙、防洪堤等；在临时构筑物方面，它可用于防洪断流、建桥围堰以及市政基础设施工程中的挡水、挡土墙等；在抢洪抢险方面，它可用于防洪和防止塌方、塌陷、流砂等用途。

其缺点是用钢板桩支护的基坑要求基坑暴露时间不得太长。

5.1.4支撑体系的确定

由于本工程基坑较深，基坑形状呈矩形，基坑宽度14.5m，长度888.0m，深度6.2m；为了确保基坑围护体系的稳定，在基坑内设置钢管支撑，考虑到本工程工期7个月（水池结构及试水试验工期）、支撑的受力特点、安全和挖土等因素，经计算分析，选用整体性好，刚度大，受力好，对控制位移有较大作用的2道DN300×10钢管（对角）支撑体系。

本工程主要考虑到使用时间、施工场地比较紧张的特点，利用DN300×10钢管（对角）支撑的形式，对角线标高在地面下1.0m、2.0m处设置2道内支撑，内支撑在钢板桩钢围檩处。

5.1.5基坑支护钢板桩计算

5.1.5.1钢板桩内力计算

本基坑支护方案设计的计算,按对等值梁法进行计算，计算步骤如下。

计算时选用钢板桩的技术参数，见表-1、表二；其它技术参数，如基坑的开挖深度、土层的渗透系数，粘聚力、土层的容重等均参考地勘资料或雨水收集池设计提供的相应信息。

表-1拉森钢板桩技术参数

型号

尺寸规格

单根钢板桩

单根每米壁宽

Dimensions

Perplie

Per1mofpilewallwidth

Type

宽度/w

高度/h

厚度/t

截面积

理论重量

惯性矩

截面模数

截面积

理论重量

惯性矩

截面模数

cm2

Kg/m

cm4

cm3

cm2/m

Kg/m2

cm4/m

SP-Ⅱ

400

100

10.5

61.18

1240

152

153

120

8740

874

SP-Ⅲ

400

125

76.42

2220

223

191

150

16800

1340

SP-Ⅳ

400

170

15.5

96.99

76.1

4670

362

242.5

190

38600

2270

SP-ⅤL

500

200

24.3

133.8

105

7960

520

267.6

210

6300

3150

SP-ⅥL

500

225

27.6

153

120

11400

680

306

240

8600

3820

SP-ⅡW

600

130

10.3

78.7

61.8

2110

203

131.2

103

13000

1000

SP-ⅢW

600

180

13.4

103.9

81.6

5220

376

173.2

136

32400

1800

SP-ⅣW

600

210

135.3

106

8630

539

225.5

177

56700

2700

表-2拉森钢板桩性能指标

标准号

型号

化学成分（%）

碳当量（%）

力学性能参数

Ceq.

屈服点

拉伸强度

延伸率（%）

冲击吸收能量J（0°C）

（freeN）

N/mm2

焊接用热压延钢板桩 JISA5523

SYW295

0.18

0.55

1.5

0.04

0.006

0.44

295

490

max

min

SYW390

0.18

0.55

1.5

0.04

0.006

0.46

390

540

max

min

热压延钢板桩 JISA5528

SY295

0.04

295

490

max

min

SY390

0.04max

390

540

min

（l）计算反弯点位置

假定钢板桩上土压力为零的点为反弯点，设其位于开挖面以下y处，则有：

整理得：

（1）

式中，

，

——坑内外土层的容重加权平均值；

H——基坑开挖深度；

Ka——主动土压力系数；

Kpi——放大后的被动土压力系数。

（2）按简支梁计算等值梁的最大弯矩和支点反力

等值梁法计算简图如图1所示。

（3）计算钢板桩的最小人土深度

由等值梁BG求算板桩的人土深度，取

，则

由上式求得

（2）

桩的最小入土深度：

t0=y+x（3）

多层支撑点布置见图2

支撑内计算主要是分析围檩和撑杆（或拉锚）的内力，围檩为受均布荷载作用的连续梁，均布荷载的大小可按下式计算：

（5）

式中，qk——第k层围凛承受的荷载；

H—―围檩至墙顶的距离；

——相临两跨度值。

如桩端为一般的土质条件，应乘以系数1.1～1.2，即

t=（1.1～1.2）t0

对于多层支点的支护体系，常采用等弯矩布置的形式以充分利用钢板桩的抗弯强度，减少支护体系的投人量。

其计算步骤为：

a.根据所选钢板桩型号由以下公式确定最大悬臂长度h。

（4）

式中，f——钢板桩抗弯强度设计值；

W——截面抗弯模量；

、Ka——同前

b.根据表1确定各支撑跨度。

5.1.5.2支撑系统内力计算

撑杆按偏心受压构件计算其内力即可，作用力为：

（6）

式中，

——相临两支撑间距。

5.1.5.3稳定性验算

支护体系的稳定性验算是基坑工程设计计算的重要环节，主要包括整体稳定性分析、抗倾覆或踢脚稳定性分析、基底抗隆起稳定分析和抗管涌验算等。

（1）整体稳定性分析

整体稳定性验算一般采用土层的圆弧滑动面计算，不同于边坡验算的是，由于受支撑或锚杆的影响，圆心位于坑壁面上方，靠坑内侧附近。

考虑支撑作用时，可不进行整体稳定性验算，当无支撑或者不考虑支撑作用时，可通过下式计算：

（7）

式中，ci——第i条土的粘聚力；

li——第i条土的圆弧长度；

qi——第i条土的地面荷载；

——第i条土的重力密度，水面以下取浮容重；

bi——第i条土的宽度；

hi——第i条土的高度；

——第i条土弧线中心点切线与水平线的夹角；

li——第i条土的内摩擦角；

K——抗滑稳定安全系数，依规范及地区经验取值，一般1.1～1.5。

（2）抗倾覆稳定性分析

抗倾覆稳定性又称踢脚稳定性，是验算最下道支撑以下的主动、被动土压力绕支撑点的转动力矩是否平衡，按下式计算：

（8）

式中，

——抗倾覆安全系数，根据基坑重要性取值；

——抗倾覆力矩，取开挖面以下钢板桩内侧人土深度范围内的土压力，对最下一道支撑点的力矩；

——倾覆力矩，取最下一道支撑点以下钢板桩外侧人土压力支撑点的力矩。

（3）基底抗隆起稳定性分析。

基底抗隆起稳定性验算的方法较多，本文仅介绍“同时考虑c、Φ的抗隆起验算法”。

结构底平面作为求极限承载力的基准面，可由以下公式求抗隆起安全系数：

（9）

式中，

，

——坑内、外土层的容重加权平均值；

c——桩底处地基土粘聚力；

q——坑外地面荷载；

H——基坑开挖深度；

t——钢板桩入土深度；

、

——地基承载力系数；

Φ——桩底处地基土内摩擦角

——抗隆起安全系数，根据基坑重要性取值

（10）

（4）抗管涌验算。

地下水位较高的地区，开挖后会形成水头差，产生渗流，当渗流力较大时，有可能造成底部管涌稳定性破坏，因此，验算管涌稳定性也是十分必要的，可通过下式对其进行验算：

（11）

式中ic——临界水力坡度，ic=（ρ-1）/（e+1）

ρ——坑底土体相对密度；

e——坑底土体天然孔隙比；

i——渗流水力坡度，i=hw/L；

hw——坑内外水头差；

L——最短渗流流线长度；

Kg——抗渗流安全系数，一般取1.5～2.0，砂土、粉土时取大值。

5.1.5.4变形估算

当基坑附近有建筑物和地下管线线时，必须对支护进行变形估算，以确保建筑物及管线的安全，变形包括支护周围土体变形和地基回弹变形两部分，对于中小基坑地基回弹变形可不进行估算。

基坑周围土体的变形应根据土质、支护情况及当地经验采用合适的估算方法，本文采用以下公式计算：

（12）

式中，k1——修正系数，对于钢板桩k1＝1.0；

h——基坑开挖深度；

α——地表沉降量与基坑开挖深度之比（%），可参照图3查得

5.1.6构件设计

5.1.6.1钢板桩设计

计算出最大弯矩Mmax后，可根据下式对钢板桩进行选型：

（13）

式中，

——桩身最大应力（KN/m2）；

Mmax——桩身最大弯矩值（KN.m）

W——钢板桩截面抵抗矩；

β——抵抗矩折减系数，对于小企口钢板桩，当设有整体围擦和冠梁时，β取1.0；不设冠梁或围檩分段设置时，β取0.7。

5.1.6.2围檩设计

围檩示实际情况按连续梁或简支梁计算其最大弯矩Mmax，一般采用工字钢或方钢或钢管材料，可根据下式进行选型：

（14）

式中各参数意义同前。

5.1.6.3支撑设计

支撑按偏心受压构件计算。

偏心弯矩除竖向荷载产生的弯矩外，还应考虑轴向力对构件初始偏心距的附加弯矩。

初始偏心距可根据《钢结构设计规范》相关规定计算。

同时，考虑到支撑预压力和温度的影响，验算时轴力宜乘以1.1～1.2的增大系数。

构件型号可根据下式确定：

（15）

式中，N——轴心压力（KN）；

A——构件毛截面面积（m2）

——稳定系数，根据《钢结构设计规范》相关规定取值

5.1.7构造要求

（l）为防止接缝处漏水，在打桩前应在锁口处嵌填黄油、沥青或其它密封止水材料，在确有必要时可在打桩后坑外注浆防渗或另施工挡水帷幕。

（2）在基坑转角处的支护钢板桩，应根据转角的平面形状做成相应的异形转角板桩，且转角桩和定位桩宜加长lm。

5.1.8钢板桩施工工艺

（1）材料选择：

采用拉森式SP-Ⅳ-400-170-15.5U型钢板桩。

（2）钢板桩检验：

本工程钢板桩用于基坑的临时支护和止水，故不需进行材质检验而只对其做外观检验，以便对不符合形状要求的钢板桩进行矫正，以减少打桩过程中的困难。

外观检验包括表面缺陷、长度、宽度、厚度、端头矩形比、平直度和锁口形状等内容。

检查过程应注意：

①对打入钢板桩有影响的焊接件应予以割除；②有割孔、断面缺损的应予以补强；③若钢板桩有严重锈蚀，应测量其实际断面厚度，以便决定在计算中是否需要折减。

原则上要对全部钢板桩进行外观检查，对不符合要求的钢板桩需进行矫正。

（3）钢板桩吊运及堆放：

装卸钢板桩宜采用两点吊。

吊运时，每次起吊的钢板桩根数不宜过多，并应注意保护锁口免受损伤。

吊运方式有成捆起吊和单捆起吊、钢筋捆扎、专人指挥。

钢板桩堆放的顺序、位置、方向和平面布置应考虑到以后的施工方便，并按型号、规格、长度施工部位分别堆放，堆放的高度不宜超过2m。

（4）施工工艺流程：

打钢板桩→挖去表层土体→安装钢围檩和支撑→基坑开挖（基坑开挖前进行降水）→基础+0.000以下施工→基坑回填→拆除支撑围檩→拔出拉森钢板桩→在桩的缝隙处用细砂回填密实。

（5）钢板桩施工工艺要求

1）设备选型：

为了节约工期，综合考虑现场的施工场地，桩打拔时采用液压履带式打拔机。

该设备自重相对于履带吊振动锤较轻，行走自如，施工速度块，安全性能高，24小时都能施工。

表-3机械设备表

序号

设备名称

型号

单位

计划进场

备注

打桩机

小松

台

电焊机

30KW

台

吊车

25T

台

2）定位放线：

放出结构准确的灰线，从结构线每边按图纸引出一定的尺寸（给基坑施工预留施工作业面），作为打拉森桩的方向线。

在方向线以外挖宽0.5米深0.8米的沟槽，在沟槽的两端用木桩将定位线引出，在施工过程中随时校合，保证桩打在一条直线上，开挖后方便围檩和支撑的施工。

3）打桩围檩支架（导向架）的设置。

为保证钢板桩沉桩的垂直度及施打板墙墙面的平整度，在钢板桩打入时应设置打桩围檩支架，围檩支架由围檩及围檩桩组成。

4）钢板桩打入：

钢板桩用打入采有锚板桩。

进桩时把桩卸到打拔机附近（6米范围之内），打拔机把桩夹起后吊到打桩灰线上空，两辅助工利用夹具辅助打拔机对好方向。

再沿灰线对好前一根桩的止口插入土体，为了防止钢板桩的自然跟进，第一根桩应高出地面1米左右，后续钢板桩打之前应将前一根钢板桩与前面的桩用钢筋临时焊接，防止跟进。

5）垂直度标高控制：

钢板桩打入时有一人专门指挥，随时调整钢板桩的垂直度，保证其垂直，钢板桩在插入土体比较浅时（4～5m）,用线锤或经纬仪控制钢板桩的垂直度。

桩顶标高与自然地面相平，第一根桩用水准仪控制桩顶标高，后续的桩参照前面桩的标高，每隔10米距离用水准仪复核一次桩顶标高。

使打入的桩整齐，受力均匀。

6）围檩施工：

围檩和支撑的中心标高按图纸标高控制在自然地面下1.0m，围檩下方用厚14mm以上的钢板做牛腿，间距3m（牛腿间距与内支撑对称）。

围檩与钢板桩的空隙用碎钢板或混凝土垫实。

围檩采用H350×350型钢。

7）支撑的施工：

支撑采用DN300×10钢管支撑的形式，支撑着力处的围檩应局部焊加劲板，即围檩下方设置的钢板牛腿。

针对本工程基坑土方开挖工程较大的特点，内支撑分为二次施工，即土方在开挖过程中，先按照内支撑3倍间距将内支撑及时与围檩上的牛腿焊接牢固，待基坑土方开挖至设计坑底标高后再及时按照内支撑的间距将未安装的内支撑与围檩焊接好。

8）钢板桩的拔出：

钢板桩的拔出仍用履带式液压拔桩机，钢板桩拔出时拔桩机尽量少振动，减少对周围土体的扰动。

桩拔出后留下的空隙用黄砂回填密实，防止日后周围土体位移。

5.1.9基坑支护结构材料用量计算

（1）钢板桩用量计算

1）雨水收集池设计结构尺寸：

888.0m×14.5m×5.5m（长×宽×深）工作面：

池壁垫层外侧加宽300mm。

2）钢板桩：

采用SP-Ⅳ-400型，钢板桩桩长为：

6.2×1.5=9.3m（钢板桩桩长采用9.0m）

3）需用钢板桩根数计算∑=（888.0＋4.0＋14.5＋4.0）×2÷0.4=4553≈4560根。

4）钢板桩重量∑=（4560×9.0×76.1）/1000=4164.192t（根数×单根长度×每延长米重量）

（2）围檩用量计算

1）围檩：

采用中翼缘HM350×350型钢

2）围檩用量计算∑=﹛[（888+4+14.5+4）×2]×115﹜×2/1000=418.83t（围檩沿池长度、宽度方向设置）。

（3）内支撑用量计算

1）内支撑：

采用DN300×10钢管

2）内支撑用量计算：

支撑长度方向数量计算∑=（888.0＋4.0）÷3.0=297≈300根。

单根长度=14.5＋4.0=18.5m

宽度方向数量计算∑=（14.5＋4.0）×2÷3.0=15根。

单根长度=4.5m（宽度方向间距3.0m设置一根，单根长度4.5m）

重量计算∑=[（300.0×18.5）+（15×4.5）]×77.684/1000=436.389t（根数×单根长度×每延长米重量）

（4）内支撑牛腿用量计算

1）内支撑牛腿：

采用Q235-B14mm钢板加工，加工尺寸为：

350×350mm

2）牛腿数量计算：

内支撑牛腿数量与内支撑匹配为315个。

3）牛腿总量计算：

∑=（0.3×0.3）×315×124.6/1000=3.532t

5.2基坑降排水

5.2.1基坑降水方案设计

（1）本工程基坑支护挡水采用钢板桩，其基坑降水主要是将钢板桩支护形成的基坑围堰内土层固有水及土层渗透水，降低到施工作业面层以下500mm，给后续施工创造条件。

因本工程毗邻龙江，且距龙江河流较近，地勘資料揭示地下水位较高，静止水位0.70～4.60m，地下水位标高为

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